基于电荷存储的Flash等当代主流存储器正逐步达到其尺寸缩减的物理极限,人们不得不把目光投向基于其他存储原理的新型存储器。铁电存储器因为其理论存储容量高、抗辐射、读写速度快、非挥发等优异性能被认为是将来最有可能取代当前主流存储器的理想存储器。然而铁电存储器中存在的几种主要失效现象,包括疲劳、失效、保持性能损失,阻碍了其全面商业化。这些失效问题与铁电薄膜中的电畴结构以及畴翻转性能紧密联系在一起。因此,研究畴结构及畴翻转动力学是揭示铁电薄膜失效机理不可或缺的途径。力电耦合效应被证明是畴结构和畴翻转行为的重要影响因素之一。力电耦合效应包括传统的压电耦合效应以及挠曲电耦合效应。压电耦合效应目前研究比较多,而且利用压电效应来对畴进行人工调控的应变工程应用得比较成熟。近十年来,挠曲电耦合效应,即极化与应变梯度之间的耦合,受到越来越多的关注。实验证明,一些失效现象,包括印记、死层效应、低介电常数,与它密切相关。但与此同时,挠曲电效应也给我们带来调控铁电薄膜性能的机会。比如,因为挠曲电效应,力产生的应变梯度可以使畴发生180°翻转。因此,挠曲电耦合效应给我们提供了一种控制畴,进而改善铁电薄膜性能,甚至解决铁电存储器失效问题的有力手段。尽管挠曲电耦合效应对铁电薄膜畴结构及畴翻转性能的影响这一研究领域,在实验上,已有不少有价值的研究成果,但理论上的研究非常少,挠曲电耦合对畴结构及畴翻转性能的影响规律,力致畴翻转当中的机理依然不明了。理论研究的薄弱会给实验研究带来风险和高成本,同时也会放慢挠曲电耦合效应实现工程实际应用的脚步。基于以上原因,本文旨在理论上研究挠曲电耦合效应下铁电薄膜电畴与畴翻转性能的演变规律及调控手段,取得的主要创新性研究结果如下：1.基于相场理论与应变梯度理论建立了挠曲电力-电耦合模型,并推导出了该模型的弱形式,并编制出了相应的有限元程序对该模型进行求解。利用此模型,我们研究了PbTiO3外延铁电薄膜中的应变、应变梯度和极化分布。模拟结果证明,铁电薄膜中存在很大的应变梯度,因为挠曲电效应,这些应变梯度会对极化分布产生显著的影响。具体结果如下：(1)无位错、具有a/c/a/c畴结构的铁电薄膜,其c畴中的水平和垂直方向均存在着量级为～106m-1的应变梯度,畴壁处的应变梯度高达107-108m-1。(2)通过挠曲电效应,这个极大的应变梯度引起了c畴内部和畴壁处极化的偏转。应变梯度大的地方,极化偏转角度越大。(3)随着f12正挠曲电耦合强度增大,铁电薄膜剩余极化和矫顽场逐渐减小最终至0,铁电性能丧失。然而,如果给具有强挠曲电耦合强度的铁电薄膜加足够大的电场,铁电薄膜电场与极化的变化曲线将呈现双电滞回线,表现出类反铁特性。2.利用前面创建的挠曲电力-电耦合模型系统地研究了不同挠曲电耦合方式对铁电薄膜畴结构和畴翻转特性的影响。模拟结果表明挠曲电耦合效应会引起铁电薄膜出现类失效的行为,不同的挠曲电耦合方式会导致不同的类失效问题的产生。其详细结果如下：(1)极化与纵向应变梯度的耦合会导致畴壁增多、铁电薄膜极化越来越难以翻转,表现出类印记的行为。加大外加电场,类印记失效行为会消失。(2)极化与横向应变梯度的耦合会引起铁电薄膜铁电性能的丧失。但足够大的电场又会重新诱发出铁电薄膜的铁电性,使得铁电薄膜的极化-电场曲线呈现出双电滞回线。(3)极化与剪切应变梯度的耦合会导致铁电薄膜从多畴向单畴转变,铁电薄膜矫顽场增大,出现印记现象。比较上述三种挠曲电耦合方式对上下两边受约束铁电薄膜畴结构和畴翻转性能的影响能力,我们发现,极化与纵向应变梯度的耦合对铁电薄膜影响最显著。因此想办法减小薄膜内部的纵向应变梯度可以改善铁电薄膜的印记失效现象。3.利用本文所创建的挠曲电力-电耦合模型研究了局部应力对铁电薄膜畴结构及畴翻转性能的影响,获得了局部力作用下铁电薄膜电畴的演变规律,挠曲电耦合效应在力写畴过程中的作用机理。具体结果包括：(1)在逐渐增加的垂直压力作用下,铁电薄膜中的畴结构会经历“极化小角度偏转→90°畴翻转→90°畴扩展→180°畴翻转→180°畴扩展→稳定”6个阶段。90°畴翻转是应变梯度(?)11/(?)x1*,(?)ε11/(?)x2*和(?)ε22/(?)x1*与极化耦合作用的结果,180°畴翻转是应变梯度(?)ε11/(?)x2*和(?)ε22/(?)x2*与极化耦合作用的结果。(2)受垂直压力的铁电薄膜,它的畴翻转会出现择优取向,即电滞回线发生偏移,表现出印记失效。电滞回线偏移量约等于挠曲电电场的大小。(3)随着外力的增加,铁电薄膜电滞回线变窄,电滞回线的非对称性也增加,即印记失效现象更明显。局部力对铁电薄膜畴结构和畴翻转性能影响机理的研究,对铁电薄膜畴结构和畴翻转性能的纯力调控具有重要指导意义。4.通过前面建立的挠曲电力-电耦合模型系统地研究了界面失配应变对局部力作用下铁电电畴结构和畴翻转性能的影响。模拟结果表明,界面失配应变可以成为调控力写畴过程的有效手段。具体结果包括：(1)界面失配应变由压应变转变为拉应变时,PbTiO3薄膜180°畴翻转所需临界压力减小。(2)在相同的远大于薄膜180°畴翻转所需临界压力的外力作用下,随着界面失配应变由压应变转变为拉应变,新形成的-x2取向的c畴尺寸越来越小。(3)相同局部外力作用下的PbTiO3铁电薄膜,随着界面失配应变从压应变转变为拉应变,电滞回线剩余极化减小,电滞回线的印记现象减弱,矫顽场变小。